淬火溫度對Q_P鋼組織和性能的影響_任康康_圖文

1、第24卷第4期2012年4月鋼鐵研究學(xué)報(bào)J o u r n a l o f I r o n a n d S t e e l R e s e a r c h V o l .24,N o .4A pr i l 2012基金項(xiàng)目:國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃資助項(xiàng)目(2009A A 03Z 518作者簡介:任康康(1985,男,碩士生;E -m a i l :a k a n g2004-2001126.c o m ;收稿日期:2011-06-02淬火溫度對Q -P 鋼組織和性能的影響任康康,康永林,朱帥(北京科技大學(xué)新金屬材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京100083摘要:采用鹽浴的方法模擬Q -P 鋼的熱處理工藝

2、,對鋼的組織和性能進(jìn)行分析和研究。其結(jié)果表明,淬火配分組織主要為板條馬氏體和殘留奧氏體,并隨淬火溫度升高馬氏體含量降低,奧氏體含量升高,從而降低鋼的強(qiáng)度,提高塑性,拉伸斷口呈現(xiàn)典型的韌窩狀形貌,當(dāng)淬火溫度為250時,得到最高的強(qiáng)塑積為26224M P a ·%。關(guān)鍵詞:Q -P 鋼;強(qiáng)塑積;淬火溫度;板條馬氏體;殘留奧氏體文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號:1001-0963(201204-0053-05E f f e c t o f Q u e n c h i n g T e m p e r a t u r e o n M i c r o s t r u c t u r e a n d M

3、e c h a n i c a l P r o p e r t i e s o f Q-P S t e e l R E N K a n g -k a n g ,K A N G Y o n g-l i n ,Z HU S h u a i (S t a t e K e y L a b o r a t o r y f o r A d v a n c e d M e t a l s a n d M a t e r i a l s ,U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y B e i j i n g ,B e i j

4、 i n g 100083,C h i n a A b s t r a c t :T h e m i c r o s t r u c t u r e a n d p r o p e r t i e s o f Q -P s t e e l w e r e i n v e s t i g a t e d a f t e r s i m u l a t i n g h e a t t r e a t m e n t p r o c e s s i n s a l t b a t h f u r n a c e .T h e r e s u l t s s h o w t h a t t h e m

5、 a i n m i c r o s t r u c t u r e o f Q -P s t e e l i s l a t h m a r t e n s i t e a n d r e t a i n e d f i l m a u s t e n i t e .W i t h t h e i n c r e a s e o f q u e n c h i n g t e m p e r a t u r e ,m a r t e n s i t e v o l u m e r e d u c e s ,a n d a u s t e n i t i c v o l u m e i n -

6、c r e a s e s ,t h e s t r e n g t h o f s t e e l d e c r e a s e s a n d t h e p l a s t i c i n c r e a s e s .T h e m o r p h o l o g y o f f r a c t u r e s u r f a c e o f t h e Q -P s t e e l t e n s i l e s a m p l e a p p e a r s a t y p i c a l t o u g h e n i n g n e s t s h a p e .W h e

7、n t h e q u e n c h i n g t e m p e r a t u r e i s 250,t h e p r o d -u c t o f s t r e n g t h a n d e l o n ga t i o n c o u l d r e a c h t o 26224M P a ·%.K e y w o r d s :Q -P s t e e l ;s t r e n g t h a n d d u c t i l i t y p r o d u c t ;q u e n c h i n g t e m p e r a t u r e ;l a t

8、h m a r t e n s i t e ;r e t a i n e d a u s t e n i t e 降低鋼材消耗,減輕鋼制品的重量,提高鋼材的強(qiáng)度、使用壽命和安全性,是新一代鋼鐵材料的發(fā)展方向1。長期的經(jīng)驗(yàn)表明,獲得以馬氏體為基體的組織是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的有效手段。2003年,S pe e r 等人2-4在無碳化物貝氏體鋼的基礎(chǔ)上對馬氏體鋼提出了Q -P (Q u e n c h i n g a n d P a r t i t i o n i n g ,淬火加碳配分工藝,該工藝通過先淬火至Q T (Q u e n c h i n g T e m pe r a t u r e ,是M

9、s Mf 之間的某一溫度溫度形成馬氏體,再控制碳(從先形成馬氏體向未轉(zhuǎn)變奧氏體的配分5-7,最后淬火至室溫,得到主要由馬氏體和富碳的殘余奧氏體組成的多相組織8。Q -P 鋼本質(zhì)上是一種馬氏體鋼,但是它區(qū)別于傳統(tǒng)的回火馬氏體鋼,在與回火馬氏體鋼同等強(qiáng)度下,Q -P 鋼的塑性卻有很大提高。這是由于Q -P 鋼的組織中存在殘余奧氏體,這部分奧氏體在變形過程中轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體,產(chǎn)生所謂的T R I P 效應(yīng),大幅度提高了鋼的塑性。筆者利用Q -P 工藝對鋼進(jìn)行熱處理,研究了淬火溫度口對微觀組織和力學(xué)性能的影響9。1試驗(yàn)材料和方法1.1試驗(yàn)材料成分設(shè)計(jì)合理的退火參數(shù)、適合的成分設(shè)計(jì)對Q -P 鋼的最終組織形

10、貌以及力學(xué)性能具有很大影響。從成分設(shè)計(jì)方面來說,首先要考慮如何降低M s 溫度。M s 取決于碳含量,從工藝方面來說就是要確保室溫下獲得穩(wěn)定殘留奧氏體,不發(fā)生馬氏體相變。因此,就要從工藝上解決奧氏體中碳的富集問題。本試驗(yàn)以C-S i-M n系鋼為母體,添加微量的N b、T i等金屬元素。主要化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù),%為:C0.29、M n1.5、S i1.45、A l0.25、微量的N b、T i。將鋼錠鍛造成50m m厚的鑄坯,加熱到1200后,分兩階段軋制到4m m,然后經(jīng)冷軋到最終厚度為1.5m m。1.2熱處理工藝用鹽浴法對Q-P鋼進(jìn)行熱處理。模擬一步Q-P熱處理工藝,如圖1所示,首先將試

11、樣放入900鹽溶液中保溫2m i n,然后淬火至不同的配分溫度(250、300和350保溫5m i n,最后冷卻至室溫,另外制備在奧氏體化后直接淬火到室溫的試樣作為對比。 圖熱處理工藝圖(a抗拉強(qiáng)度和伸長率隨淬火溫度的變化;(b強(qiáng)塑積隨淬火溫度的變化。 (a 室溫;(b 250;(c 300;(d 350。圖3不同淬火溫度下Q -P 鋼的微觀組織F i g .3M i c r o s t r u c t u r e o f Q -P s t e e l q u e n c h e d a t d i f f e r e n t t e m pe r a t u r e s 在之后的配分過程中,

12、碳原子將由馬氏體向奧氏體擴(kuò)散進(jìn)而使其富碳,隨著配分時間的延長,富殘留奧氏體能夠穩(wěn)定到室溫;當(dāng)試樣快速淬火至300時,奧氏體含量變得較多,這樣配分后就不能保證所有的奧氏體都能富含足夠的碳、都能穩(wěn)定到室溫;當(dāng)試樣快速淬火至350時,會有更多奧氏體被保留,同樣的,這些奧氏體在配分過程中也不能得到足夠的碳使其在室溫下穩(wěn)定,所以部分殘留的奧氏體在隨后的冷卻過程中會發(fā)生分解,其微觀組織如圖3所示。采用JE M 2100型電鏡進(jìn)行精細(xì)結(jié)構(gòu)觀察,其精細(xì)結(jié)構(gòu)如圖4(a 、(b 所示。可以明顯觀察到250淬火試樣經(jīng)Q -P 工藝處理后典型的晶界及板條馬氏體組織,且板條的亞結(jié)構(gòu)為高密度位錯,從而保障了強(qiáng)度。采用掃描

13、電鏡觀察250淬火拉伸試樣斷口形貌圖(圖5,可以觀察到拉伸試樣纖維區(qū)為比較典 型(a 晶界;(b 板條馬氏體。圖4250淬火試樣的晶界及板條馬氏體形貌F i g .4M o r p h o l o g y o f c r y s t a l b o u n d a r y a n d l a t h m a r t e n s i t e o f t h e Q -P s t e e l t e n s i l e s a m p l e q u e n c h e d a t 250·55·第4期任康康等:淬火溫度對Q -P 鋼組織和性能的影響 圖5250淬火試樣的單相拉

14、伸試樣斷口韌窩形貌F i g.5M o r p h o l o g yo ff r a c t u r es u r f a c eo ft h eQ-Ps t e e lt e n s i l es a m p l eq u e n c h e da t250的韌窩狀形貌,體現(xiàn)出良好的韌性斷裂特征。2.3殘留奧氏體量對力學(xué)性能的影響殘余奧氏體的測量圖譜及其標(biāo)定如圖6(a所示,為了計(jì)算鋼中殘余奧氏體,選取奧氏體(200、(220、(3113條衍射線和馬氏體的(200、(2112條衍射線,按照G B836287計(jì)算出殘余奧氏體體積分?jǐn)?shù)如圖6(b所示。試樣奧氏體化后淬火到不同配分溫度,最后得到的殘

15、余奧氏體體積分?jǐn)?shù)隨著配分溫度的提高而降低,即在250配分時,得到最多的奧氏體含量。在一步Q-P配分過程中,淬火和配分溫度較高,一次淬火后得到較多的初始奧氏體,配分過程中,碳從馬圖6不同配分溫度下的X R D衍射圖譜標(biāo)定(a及殘余奧氏體體積分?jǐn)?shù)計(jì)算結(jié)果(bQ u e n c h i n ga n dP a r t i t i o n i n g(Q&PP r o c e s st oaM e d i u m-C a r-b o n,H i g h-S iM ic r o-A l l o y e dB a rS t e e lJ.M a t e r i a l sS c i e n c e

16、F o r u m,2003,426/432(2:1089.6M a t l o c kDK,C o o m a nDE,S c h r o t hJG,e ta l.C a r b o nP a r t i-t i o n i n gI n t oA u s t e n i t eA f t e rM a r t e n s i t eT r a n s f o r m a t i o nJ.A c t aM a t e r i a l i a,2003,51(9:2611.7紀(jì)云航,馮偉駿,王利,等.新一代高強(qiáng)度淬火分配鋼的研究和應(yīng)用J.鋼鐵研究學(xué)報(bào),2008,20(12:1.8王存宇,時

17、捷,曹文全,等.Q&P工藝處理鋼的單軸拉伸性能研究J.材料熱處理學(xué)報(bào),2010,31(6:77.9江海濤,唐荻,米振莉,等.配分工藝對低碳Q&P鋼中殘余奧氏體的影響J.材料科學(xué)與工藝,2011,19(1:99.10董辰,陳雨來,江海濤,等.超高強(qiáng)Q&P鋼淬火溫度對組織和性能的影響J.熱加工工藝,2009,38(12:櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄121. (上接第52頁4章為夷.等溫球化處理過程中球狀碳化物的O s t w a l d長大現(xiàn)象J.材料科學(xué)與工藝,1993,1(4:44.5徐祖耀.馬氏體相變與馬氏體M.2版.北京:科學(xué)出版

18、社,1999.6C o r w y n,B e r g e rM,F i n nJ o h n.T h eE f f e c to fA n n e a l e dM i-c r o s t r u c t u r eo nt h eI m p a c tT o u g h n e s so fP r e m i u mH-13D i eS t e e lCN A D C A18t hI n t e r n a t i o n a lD i eC a s t i n gC o n g r e s sa n dE x p o s i t i o n.P e n n s y l v a n i a:S o c i e t yo fD i eC a s t i n gE n g i-n e e r s,1995:357.7G r a n g eRA.E f f e c to fM i c r o s t r u c t u r a lB a n d i n gi nS t e e lJ.M e t a l l u r g i c a la n dM a t e r i a l sT r a n s a c t i o n s,1971